Plasmabeschichtung

Rozpylanie – w szczególności rozpylanie magnetronowe – jest pod względem ilościowym najbardziej znaczącą metodą przemysłowego powlekania plazmowego. Technika rozpylania wykorzystuje zjawisko rozpylania katodowego, które jest podstawowym zjawiskiem w plazmach wzbudzanych elektrycznie: dodatni strumień jonów w plazmie trafia na katodę i powoduje tam wytrącenie materiału. Funkcję katody pełni zazwyczaj magnetron, który skupia plazmę przed katodą i w ten sposób umożliwia uzyskanie najwyższej prędkości rozpylania lub prędkości tworzenia warstwy na substracie. Substrat jest również wystawiony na działanie określonego oddziaływania energetycznego jonów, dlatego rozpylanie magnetronowe, w przeciwieństwie do odparowania termicznego, pozwala uzyskać bardzo gęste, drobnoziarniste warstwy. Do rozpylania są z reguły wykorzystywane przewodzące elementy docelowe (zapas materiału na katodzie). Dlatego doskonale nadają się do tego metale i przewodzące ceramiki. Rozpylanie może odbywać się w atmosferze gazu szlachetnego, tak aby skład warstwy odpowiadał wartościom docelowym. Rozpylanie reaktywne, dzięki dodaniu tlenu lub azotu jako gazu reaktywnego, umożliwia również powstawanie warstw z izolujących tlenków lub azotków. Są one stosowane na szeroką skalę jako dielektryczne, przezroczyste warstwy ochronne. W celu powlekania przez rozpylanie pojedynczego elementu wykorzystywane są zasilacze prądu stałego, które w zależności od procesu mogą być stosowane również w trybie impulsowym. Warstwy izolujące są zwykle uzyskiwane w procesie podwójnego rozpylania magnetronowego, w przypadku którego zasilanie doprowadza prąd przemienny naprzemiennie do dwóch magnetronów, tak aby na anodzie nie osadziła się warstwa izolująca. Specjalnymi zasilaczami nadającymi się do tego celu są zasilacze MF lub zasilacze bipolarne. Podczas rozpylania plazmowego często zdarza się, że przy wyładowaniu jarzeniowym powstaje lokalny łuk. Generatory do procesów rozpylania muszą być wyposażone w odpowiedni przyrząd do detekcji łuków.

Wysokowydajne rozpylanie impulsowe, znane jako HiPIMS (High impulse magnetron sputtering), cieszy się coraz większym zainteresowaniem w dziedzinie wytwarzania warstw ochronnych z twardych tworzyw i zużywalnych warstw ochronnych, ponieważ w ich przypadku wymagania dotyczące jakości warstw są wyjątkowo wysokie. Są do tego potrzebne specjalne impulsowe zasilacze prądowe, oddające swoją moc w bardzo krótkich, naładowanych dużą energią impulsach o typowym czasie trwania poniżej 100 µs i powtarzalności w zakresie 100 Hz. Zasilacze HiPIMS, oprócz trybu impulsowego, muszą również spełniać wymóg stawiany wszystkim modułom plazmowego plazmowego zasilania prądowego: muszą zapewniać dostosowaną do procesu, precyzyjną regulację wyjścia i szybką detekcję łuków.

Proces Chemical Vapor Deposition, zwany również technologią CVD, umożliwia naniesienie najcieńszych warstw na materiały o różnej jakości. Z materiałów w postaci gazowej na drodze procesu termicznego powstaje stały materiał powlekający, osiadający na substracie w formie krystalicznej lub amorficznej warstwy. W tradycyjnym procesie powlekania termicznego gaz procesowy rozpada się na produkty reakcji dopiero na rozgrzanej powierzchni substratu. Podczas chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą (PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) ta reakcja odbywa się już wskutek jonizacji elektrycznej w fazie gazowej. Znacznie niższe temperatury są dużą zaletą procesu PECVD, ponieważ tylko dzięki temu można stosować wrażliwe na działanie wysokiej temperatury materiały substratów, takie jak tworzywo sztuczne. Tym samym proces PECVD jest wszechstronną metodą w produkcji mikroelektronicznych elementów konstrukcyjnych, płaskich ekranów, modułów solarnych i komponentów optycznych. Pozwala on na nanoszenie warstw metalicznych, półprzewodnikowych lub izolacyjnych. Możliwe jest również realizowanie złożonych systemów powłok.